 |
Закономерности полимеризации винилхлорида
|
|
|
|
Первым делом нужно вспомнить, что такое полимеризация.
Полимеризация - метод синтеза полимеров в результате соединения молекул мономеров, не сопровождающихся выделением побочных продуктов. Поэтому элементарный состав мономеров и получаемого полимера одинаков.
ПВХ получают радикальной полимеризацией. Инициирование полимеризации осуществляется свободными радикалами, образующийся при распаде перекисей или азосоединений. 
.
Возникающие свободные радикалы инициируют полимеризацию образуя с мономером активные центры:
При синтезе ПВХ передача цепи протекает не только через радикал, но и мономер или полимер по схеме:
Фотополимеризация ВХ на солнечном свету в отсутствии инициаторов протекает очень медленно, но под влиянием ультрафиолетового света - быстрее. Скорость полимеризации может значительно увеличена повышением температуры реакции и добавлением перекисей.
В отсутствии кислорода и инициаторов термическая полимеризация ВХ не проходит, но в присутствии кислорода полимер образуется довольно быстро после некоторого индукционного периода. Считают, что в течение индукционного периода кислород присоединяется к ВХ с образованием перекисей, которые затем распадаются на радикалы и вызывают процесс полимеризации. Опытами было доказано, что при нагревании в пределах 20 - 110ºС в продолжении 50 - 100ч полимер не образуется, если обеспечено отсутствие кислорода.
Полимеризация ВХ в присутствии перекисей, проводимая в блоке или в эмульсии, протекает гораздо быстрее в атмосфере азота, чем в воздухе. Реакция полимеризации очень чувствительна к различным примесям. Ацетилен, метиловый и этиловые спирты, соляная кислота сильно замедляют скорость процесса, а стирол, гидрохинон, резорцин, анилин, фенол, бром и перманганат калия прекращают его. Например. Незначительная примесь стирола резко замедляет скорость реакции полимеризации и заметно снижает молекулярный вес полимера, а введение более 1% стирола приводит к тому, что реакция совсем прекращается.
|
|
|
При полимеризации ВХ в растворе обычно уменьшается скорость реакции и снижается молекулярный вес полимера. В ряде случаев растворитель, оказывает влияние на регулярность расположения звеньев вдоль цепей полимера. В большинстве растворителей (метиловый и этиловый спирты, бензол, толуол, ацетон, уксусная кислота и тд) ПВХ по мере образования из мономера выпадает из раствора. Выпавший полимер сравнительно чист, почти не содержит инициаторов, и низкомолекулярных фракций. В ряд случаев он может быть сразу использован после фильтрации и сушки.
Полимеризация в растворе более широко применяется при изготовлении сополимеров ВХ с винилацетатом (ВА) и другими мономерами.
При полимеризации ВХ могут проходить вторичные реакции, приводящие к изменению первоначально образовавшегося полимера. Если процесс протекает при повышенной температуре (75ºС и выше) образовавшийся вначале полимер долгое время остается нагретым, то от молекул полимера хлористый водород отщепляется. Особенно легко этот процесс протекает в присутствии растворителей.
Если полимеризацию ВХ проводить в мягких условиях (70ºС и ниже), содержание хлора и полученных продуктах соответствует теоретическому.
Механизм полимеризации ВХ в блоке, т.е. в жидкой фазе, в присутствии инициаторов довольно широко исследован. Результаты этих исследований показывают, что полимеризация протекает по обычному радикально - цепному механизму, но имеет две специфические особенности:
1) Возрастание скорости полимеризации от начала реакции до ~50% превращения мономера, получившие название гель эффекта.
|
|
|
2) Гораздо большее значение скорости реакции передачи цепи, чем при полимеризации других виниловых соединений.
Обе эти особенности реакции полимеризации ВХ имеет практическое применение. Первая является причинной непостоянство скорости эмульсионной и суспензионной полимеризации (именно эти способы главным образом и применяются для производства ПВХ в заводском масштабе). Вторая особенность оказывает большое влияние на молекулярный вес получаемого полимера.
Гель-эффект
В присутствии перекисей и азосоединений ВХ легко полимеризуется при температурах порядка 30 - 80ºС. Начальная и максимальная скорость полимеризации пропорциональны квадратному корню из значения концентрация концентрации инициатора. Поскольку полимер совершенно не растворим в мономере, то немедленно после начала полимеризации происходит его выпадение. Такой процесс носит название гетерогенного. При превращении ~50% мономера скорость полимеризации при 50ºС в присутствии различных количеств перекиси бензоила является максимальной, причем на ранних стадиях реакции скорость непрерывно возрастает, а после 50% превращения медленно падает.
Аналогичные результаты получены при эмульсионной полимеризации ВХ, инициируемой перекисью водорода. Многими исследованиями было показано, что увеличение скорости полимеризации не является следствием присутствия ингибиторов или замедлителей. Оно не зависит от наличия примесей. Имеются несколько различных объяснений гель - эффекту, но ни одно строго не обоснованно.
|
|
|
